1、电磁感应1.利用所学物理知识,可以初步了解常用的公交一卡通(IC卡)的工作原理及相关问题.IC卡内部有一个由电感线圈L和电容器C构成的LC振荡电路.公交车上的读卡机(刷卡时“嘀”的响一声的机器)向外发射某一特定频率的电磁波.刷卡时,IC卡内的线圈L中产生感应电流,给电容器C充电,达到一定的电压后,驱动卡内芯片进行数据处理和传输.下列说法正确的是( )A.IC卡工作所需要的能量来源于卡内的电池B.仅当读卡机发射该特定频率的电磁波时,IC卡才能有效工作C.若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,则线圈L中不会产生感应电流D.IC卡只能接收读卡机发射的电磁波,而不能向读卡机传输自身的数据信息2.如图所示
2、,单匝闭合金属线框在匀强磁场中绕垂直于磁场的轴匀速转动,设穿过线框的最大磁通量为，线框中产生的最大感应电动势为,从线框平面与磁场平行时刻(图示位置)开始计时,下列说法正确的是( )A.线框转动的角速度为B.线框中的电流方向在图示位置发生变化C.当穿过线框的磁通量为时,线框中的感应电动势为D.若线框的转动周期减小一半,线框中的感应电动势也减小一半3.半径为a、右端开小口的导体圆环和长为的导体直杆，单位长度电阻均为.圆环水平固定放置，整个内部区域分布着竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B.杆在圆环上以速度v平行于直径向右做匀速直线运动，杆始终有两点与圆环良好接触，从圆环中心O开始，杆的位置由确定，如
3、图所示.则( )A.时，杆产生的电动势为B.时，杆产生的电动势为C.时，杆受到的安培力大小为D.时，杆受到的安培力大小为4.如图,在方向垂直于纸面向里的匀强磁场中有一U形金属导轨,导轨平面与磁场垂直.金属杆置于导轨上并与导轨形成闭合回路,一圆环形金属线框T位于回路围成的区域内,线框与导轨共面.现让金属杆突然向右运动,在运动开始的瞬间,关于感应电流的方向,下列说法正确的是( )A.中沿顺时针方向,T中沿逆时针方向B.中沿顺时针方向,T中沿顺时针方向C.中沿逆时针方向,T中沿逆时针方向D.中沿逆时针方向,T中沿顺时针方向5.如图所示,位于同一绝缘水平面内的两根固定金属导轨电阻不计,两导轨之间存在竖
4、直向下的匀强磁场.现将两根粗细均匀、电阻分布均匀的相同铜棒放在两导轨上,若两棒从图示位置以相同的速度沿方向做匀速直线运动,运动过程中始终与两导轨接触良好,且始终与导轨垂直,不计一切摩擦,则下列说法正确的是( )A.回路中有顺时针方向的感应电流B.回路中的感应电流不断增大C.回路中的热功率不断增大D.两棒所受安培力的合力不断减小6.如图所示,为两个平行的水平光滑金属导轨,处在方向竖直向下、磁感应强度为B的匀强磁场中,的间距为L,左、右两端均接有阻值为R的电阻.质量为m、长为L,且不计电阻的导体棒放在导轨上,甲、乙为两根相同的轻质弹簧,弹簧一端与棒中点连接,另一端均被固定.导体棒与导轨接触良好.开
5、始时,弹簧处于自然长度,导体棒具有水平向左的初速度,经过一段时间,导体棒第一次运动到最右端,这一过程中,间的电阻R上产生的焦耳热为Q,则( )A.初始时刻导体棒所受的安培力大小为B.从初始时刻至导体棒第一次到达最左端的过程中,整个回路产生的焦耳热等于C.当导体棒第一次到达最右端时,每根弹簧具有的弹性势能为D.当导体棒第一次回到初始位置时,间电阻R的热功率为07.如图,M为半圆形导线框,圆心为是圆心角为直角的扇形导线框,圆心为;两导线框在同一竖直面(纸面)内;两圆弧半径相等;过直线的水平面上方有一匀强磁场,磁场方向垂直于纸面.现使线框在时从图示位置开始,分别绕垂直于纸面且过和的轴,以相同的周期T
6、逆时针匀速转动,则( )A.两导线框中均会产生正弦交流电B.两导线框中感应电流的周期都等于TC.在时,两导线框中产生的感应电动势相等D.两导线框的电阻相等时,两导线框中感应电流的有效值也相等8.如图甲所示,两根光滑平行金属导轨水平放置,间距为L,其间有垂直于导轨平面向下的匀强磁场,磁感应强度为B,垂直于导轨水平对称放置一根均匀金属棒,从时刻起,棒上有如图乙所示的持续交变电流I,周期为T,最大值为,图甲中I的方向为电流正方向,若不考虑切割产生的磁效应,则金属棒( )A.一直向右移动B.速度随时间周期性变化C.受到的安培力随时间周期性变化D.受到的安培力在一个周期内做正功9.空间存在一方向与纸面垂
7、直、大小随时间变化的匀强磁场,其边界如图(a)中虚线所示,一硬质细导线的电阻率为、横截面积为S,将该导线做成半径为r的圆环固定在纸面内，圆心O在上.时磁感应强度的方向如图(a)所示;磁感应强度B随时间t的变化关系如图(b)所示.则在到的时间间隔内( )A.圆环所受安培力的方向始终不变B.圆环中的感应电流始终沿顺时针方向C.圆环中的感应电流大小为D.圆环中的感应电动势大小为10.半径分别为r和的同心半圆导轨固定在同一水平面内,一长为r、电阻为、质量为m且质量分布均匀的导体棒置于半圆轨道上,的延长线通过导轨的圆心O,装置的俯视图如图所示.整个装置处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下的匀强磁场中,在
8、之间接有一阻值为R的电阻.导体棒在水平外力作用下,以角速度绕O顺时针匀速转动,在转动过程中始终与导轨保持良好接触.设导体棒与导轨间的动摩擦因数为,导轨电阻不计,重力加速度为g,则下列说法正确的是( )A.导体棒两端的电压为B.电阻R中的电流方向从Q到N,大小为C.外力的功率大小为D.若导体棒不动,要产生同方向的感应电流,可使竖直向下的磁感应强度增强,且变化得越来越慢11.如图所示，两光滑导轨相距为L,倾斜放置,与水平地面的夹角为,上端接一电容为C的电容器,导轨上有一质量为m、长为L的导体棒平行地面放置,导体棒离地面的高度为h,磁感应强度为B的匀强磁场与两导轨所决定的平面垂直,开始时电容器不带电
9、,将导体棒由静止释放,整个电路电阻不计,则( )A.导体棒先做加速运动,后做匀速运动B.导体棒下落过程中减少的重力势能转化为动能,机械能守恒C.导体棒一直做匀加速直线运动,加速度D.导体棒落地时的瞬时速度12.如图所示，在粗糙的水平面上有一滑板，滑板上固定着一个用粗细均匀的导线绕成的正方形闭合线圈，匝数，边长，总电阻，滑板和线圈的总质量，滑板与地面间的动摩擦因数.前方有一长、高L的矩形区域，其下边界与线圈中心等高，区域内有垂直线圈平面向里的水平匀强磁场，磁感应强度大小为1 T，现给线圈施加一水平拉力F，使线圈以速度匀速进入矩形磁场，时刻，线圈右侧恰好开始进入磁场.，求：（1）线圈刚进入磁场时线
10、圈中通过的电流大小；（2）线圈全部进入磁场区域前的瞬间所需拉力的大小；（3）将线圈从磁场外匀速拉进磁场的过程中拉力F做的功.答案以及解析1.答案：B解析：IC卡内部没有电池,其工作所需要的能量来自电磁感应产生的电流,故选项A错误;只有当读卡机发射的电磁波的频率和IC卡中LC振荡电路产生的电磁波的频率相同时,即达到电谐振时,LC电路中产生较大感应电流,IC卡才能有效工作,故选项B正确;若读卡机发射的电磁波偏离该特定频率,电磁波中有变化的磁场,线圈L仍会发生电磁感应现象,产生感应电流,故选项C错误;LC振荡电路可以发射电磁波,因此可以向读卡机传输自身的数据信息,故选项D错误.2.答案：A解析：根据
11、交变电流产生的原理可知,线框匀速转动产的最大感应电动势,结合题干可得线框转动的角速度为,A正确;图示位置感应电动势最大,电流方向的改变在电动势等于0的时刻,B错误;当穿过线框的磁通量为时,线框中的感应电动势为0,C错误;根据法拉第电磁感应定律可知,若线框的转动周期减小一半,转动角速度变为原来的2倍,线框中的感应电动势变为原来的2倍,D错误.3.答案：A解析：当时,根据法拉第电磁感应定律,则杆产生的电动势为,感应电流,杆受到的安培力大小,故A正确,C错误;当时,根据几何关系可得,此时杆的有效切割长度是a,所以杆产生的电动势为,而电路中的总电阻,杆受到的安培力大小，故B、D错误.4.答案：D解析：
12、由于金属杆突然向右运动，导致金属导轨与金属杆所围的面积增大,磁通量增大,由楞次定律知,感应电流产生的磁场阻碍原磁场的变化,故感应电流产生的磁场方向应垂直于纸面向外,中的感应电流沿逆时针方向.对于圆环形金属线框T,金属杆由于运动产生的感应电流所产生的磁场使得T内的磁场的磁感应强度变小,磁通量减小,故线框T中感应电流产生的磁场方向应垂直于纸面向里,所以T中的感应电流沿顺时针方向,故选项D正确.5.答案：D解析：两棒以相同的速度沿方向做匀速直线运动,穿过回路的磁通量不断增加,根据楞次定律可知,感应电流方向沿逆时针,故A错误;设两棒原来相距为s,与的延长线夹角为,回路中总的感应电动势,保持不变,由于回
13、路的总电阻不断增大,所以回路中的感应电流不断减小,故B错误;回路中的热功率不变,R增大,则P不断减小,故C错误;两棒所受安培力的合力减小,其他量不变,所以F减小,故D正确.6.答案：A解析：初始时刻,导体棒产生的感应电动势,通过导体棒的感应电流,导体棒受到的安培力,故A选项正确,导体棒第一次运动至最右端的过程中,间的电阻R上产生的焦耳热为Q,回路中产生的总焦耳热为,由于安培力始终对做负功,产生焦耳热,导体棒做往复运动,导体棒第一次到达最左端的过程中,平均速度最大,平均安培力最大,位移也最大,克服安培力做功最多,整个回路中产生的焦耳热应大于,故B选项错误;由能量守恒定律得,导体棒第一次到达最右端
14、时每根弹簧具有的弹性势能,故C选项错误;由于回路中产生焦耳热,棒和弹簧的机械能有损失,所以当导体棒再次回到初始位置时,速度小于,导体棒产生的感应电动势,由电功率公式知,间电阻R的热功率小于，但不为零,故D选项错误.7.答案：BC解析：当导线框进入磁场时,两导线框切割磁感线的有效长度不变,又匀速旋转切割磁感线,根据,可得产生的感应电动势恒定,故产生恒定的电流,不是正弦交流电,选项A错误;感应电流的周期和导线框的运动周期相等,两导线框中感应电流的周期都等于T,选项B正确;在时,两导线框中产生的感应电动势相等,都等于,选项C正确;导线框M在整个周期T内,始终有一个边在切割磁感线,线框N在进入磁场后,
15、0和内有感应电流,其余时间没有感应电流产生,所以二者感应电流的有效值不相等,选项D错误.8.答案：ABC解析：根据左手定则知,金属棒开始所受的安培力方向水平向右,根据知,金属棒在第一个内向右做匀加速直线运动,在第二个内,安培力方向水平向左,大小不变,金属棒做匀减速直线运动,根据运动的对称性知,经过一个周期时金属棒的速度恰好减为零,然后重复上述运动,其图像如图所示,故A、B、C正确;金属棒受到的安培力在一个周期内先做正功,后做负功,一个周期内做功为零,故D错误.9.答案：BC解析：由楞次定律可知,圆环中感应电流方向始终沿顺时针方向,B正确;圆环中的磁场方向发生变化,而感应电流方向不变,根据左手定
16、则可知,圆环受到的安培力方向发生变化,A错误;由法拉第电磁感应定律得,D错误;圆环的总电阻,则圆环中的感应电流，C正确.10.答案：BC解析：因为导体棒匀角速度转动,所以平均切割速度,产生的感应电动势,导体棒两端的电压,故A选项错误;根据右手定则可知,电阻R中电流方向从Q到N,大小,故B选项正确;外力的功率等于回路的电功率与克服摩擦力的功率之和,即,故C选项正确;若导体棒不动,竖直向下的磁感应强度增强,根据楞次定律,感应电流从N到Q,方向不同,故D选项错误.11.答案：CD解析：设极短时间内电容器的带电荷量增加,由牛顿第二定律得,联立解得,则导体棒做匀加速运动,故A选项错误,C选项正确;在导体
17、棒下落过程中克服安培力做功,重力势能一部分转化为动能一部分转化为电场能,因此导体棒下落过程中机械能不守恒,故B选项错误;导体棒做初速度为零的匀加速直线运动,由速度位移公式得，解得,故D选项正确.12.答案：（1）2 A（2）14 N（3）13 J解析：（1）线圈刚进入磁场时切割磁感线，由法拉第电磁感应定律可得，则.（2）线圈全部进入磁场区域前的瞬间，右边导线受到水平向左的安培力，上边导线受到竖直向下的安培力，线圈和滑板所受滑动摩擦力，可得所需拉力.（3）线圈匀速进入磁场过程中，上边导线所受安培力随着进入距离x的增大均匀增大，则有拉力，分析可知F最小值为，最大值为，且随位移均匀变化，可得进入磁场的过程中拉力所做的功.